JPS62235737A - Formation of insulating film on semiconductor sub-strate - Google Patents

Formation of insulating film on semiconductor sub-strate

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JPS62235737A
JPS62235737A JP7974686A JP7974686A JPS62235737A JP S62235737 A JPS62235737 A JP S62235737A JP 7974686 A JP7974686 A JP 7974686A JP 7974686 A JP7974686 A JP 7974686A JP S62235737 A JPS62235737 A JP S62235737A
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JP
Japan
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film
coating agent
zirconium
hardened
weight
Prior art date
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Pending
Application number
JP7974686A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriko Iwamoto
岩本 則子
Kenichi Takeyama
竹山 健一
Yasumasa Takeuchi
安正 竹内
Masaki Nagata
正樹 永田
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JSR Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Japan Synthetic Rubber Co Ltd
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Synthetic Rubber Co Ltd, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Japan Synthetic Rubber Co Ltd
Priority to JP7974686A priority Critical patent/JPS62235737A/en
Publication of JPS62235737A publication Critical patent/JPS62235737A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form an insulating film with excellent thermal and moisture resistance, easily flattened thick film-forming property without using any vacuumizing system by a method wherein a semiconductor substrate is coated with a coating agent mixed with specified silane compound and specified zirconium compound to be hardened by heat-treat-ment and then a resist mask formed on a hardened film is removed after etching process. CONSTITUTION:A semiconductor substrate 1 with lower interconnections 2 formed thereon is spin-coated with a coating agent mixed with 10 weight % of zirconium tetra-n-butoxide and 60 weight 5 of isopropylalcohol at an r.p.m. attaining to specified film thickness to be hardened by heat-treatment in the air. Next, after forming a resist film on a hardened film 3, the hardened film 3 is etched by RIE process using C2F6 gas as well as a resist pattern 4 formed by photolithography as a mask to form a connecting hole 7 between upper and lower interconnections. Finally, the resist pattern 4 is removed by plasmaetching process and then an upper layer interconnection 5 is formed by evaporating a metallic layer as the upper layer interconnection 5 on overall surface to be dryetched.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体集積回路等に用いられる絶縁性膜の形成
方法に関する。詳しくは、多層配線構造体に用いられる
層間絶縁膜や保護膜、平坦化膜等の形成方法に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for forming an insulating film used in semiconductor integrated circuits and the like. Specifically, the present invention relates to a method for forming an interlayer insulating film, a protective film, a planarization film, etc. used in a multilayer wiring structure.

従来の技術 従来技術を多層配線構造体を例に挙げ第4図を用いて説
明する。
Prior Art The prior art will be explained using FIG. 4, taking a multilayer wiring structure as an example.

所定の素子を形成した半導体基板1上に下層配線2を形
成する。前記下層配線2上にCVD法等の気相成長方法
を用いて層間絶縁膜であるS 102膜6を形成する(
第4図(至))。前記5102膜6上に通常のホトリソ
工程を用いてレジスト4(第4図に))を形成しこれを
マスクとして前記S i02膜6をドライエツチングし
上下配線接続孔を形成する。最後にAI等の配線金属層
を蒸着しこれをドライエツチングして上層配線6として
多層配線構造体を形成する(第4図(Q )。
Lower layer wiring 2 is formed on semiconductor substrate 1 on which predetermined elements are formed. An S102 film 6, which is an interlayer insulating film, is formed on the lower layer wiring 2 using a vapor phase growth method such as a CVD method (
Figure 4 (to)). A resist 4 (see FIG. 4) is formed on the 5102 film 6 using a normal photolithography process, and using this as a mask, the Si02 film 6 is dry-etched to form upper and lower wiring connection holes. Finally, a wiring metal layer such as AI is deposited and dry etched to form a multilayer wiring structure as the upper layer wiring 6 (FIG. 4(Q)).

3′ ” 上記従来方法では、層間絶縁膜として気相成長方法によ
る絶縁性膜を用いるため、下地段差残存による上層配線
の断線や、段差部カバレージ不良による上下配線の短絡
等の問題がある。
3' In the above-mentioned conventional method, since an insulating film formed by a vapor phase growth method is used as an interlayer insulating film, there are problems such as disconnection of the upper layer wiring due to the residual step of the underlying layer and short circuit between the upper and lower wiring due to poor coverage of the step.

これら問題点を解決するため基板段差の平坦化に優れた
有機高分子樹脂やスピン・オン・グラス(商品名:メル
ク社製)も提案されているが有機高分子樹脂は無機絶縁
性膜に比べて耐熱性、耐湿性に劣るという欠点を有し、
スピン・オン・グラスは0.3μm以上の膜厚ではクラ
ックを発生するという欠点を有する。そのため層間絶縁
膜を形成するためにエッチバック等の形成方法がもちい
られているが工程が煩雑で素子へのダメージが発生する
という問題がある。
To solve these problems, organic polymer resins and spin-on glass (product name: Merck & Co., Ltd.), which are excellent at flattening substrate steps, have been proposed, but organic polymer resins are less effective than inorganic insulating films. It has the disadvantage of poor heat resistance and moisture resistance,
Spin-on glass has the disadvantage that cracks occur when the film thickness is 0.3 μm or more. For this reason, forming methods such as etch-back are used to form the interlayer insulating film, but there are problems in that the steps are complicated and damage to the elements occurs.

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように気相成長方法により形成される絶縁性
膜では下地段差の残存、カバレージ不良による多層配線
構造体における上層配線の断線、上下配線の短絡等の発
生や信頼性の低下、工程の煩雑さ等の問題がある。また
、有機高分子樹脂は、回転塗布法により絶縁性膜を形成
できることから基板平坦化に優れる一方、無機絶縁性膜
に比べて耐熱性、耐湿性に劣るという問題点がある。
Problems to be Solved by the Invention As described above, insulating films formed by vapor phase growth methods may cause residual step differences in the base layer, disconnections in upper layer interconnects in multilayer interconnect structures due to poor coverage, short circuits between upper and lower interconnects, etc. There are problems such as reduced reliability, and complicated processes. Further, organic polymer resins are excellent in flattening the substrate because they can form an insulating film by spin coating, but they have a problem in that they are inferior in heat resistance and moisture resistance compared to inorganic insulating films.

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するため、所定の素子及び
配線を形成した半導体基板上に、一般式S l (OR
’ ) 4 (式中、Rは炭素数1−5(D[化水素残
基を示す)で表されるテトラアルコキシシラン、該テト
ラアルコキシシランの加水分解物および該加水分解物の
部分重縮合物の群から選ばれた少なくとも一種のシラン
化合物と一般式Z r (OR’ )4(式中、Rは炭
素数1−5の炭化水素残基を示す)であらわされるジル
コニウムテトラアルコキシド、該ジルコニウムテトラア
ルコキシドの加水分解物 。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method using the general formula S l (OR
) 4 (wherein, R is a tetraalkoxysilane having 1 to 5 carbon atoms (D [indicating a hydrogen residue)], a hydrolyzate of the tetraalkoxysilane, and a partial polycondensate of the hydrolyzate. At least one silane compound selected from the group of Hydrolyzate of alkoxide.

および該加水分解物の部分重縮合物の群から選ばれた少
なくとも一種のジルコニウム化合物とを混合してなるコ
ーティング剤を塗布する工程、熱処理により前記コーテ
ィング剤を硬化させて硬化膜を形成する工程、前記硬化
膜上にレジストマスクを形成し前記硬化膜をエツチング
する工程、前記6 ′・−ジ レジストマスクを除去する工程を含むことを特徴とする
半導体基板上への絶縁性膜の形成方法を提供するもので
ある。
and a step of applying a coating agent mixed with at least one zirconium compound selected from the group of partial polycondensates of the hydrolyzate, a step of curing the coating agent by heat treatment to form a cured film, Provided is a method for forming an insulating film on a semiconductor substrate, comprising the steps of forming a resist mask on the cured film and etching the cured film, and removing the 6'-diresist mask. It is something to do.

作  用 以上のように本発明に使用するコーティング剤は液状タ
イプであることから回転塗布などの真空系を用−ない方
法で形成で□きる。またその濃度も従来のスピン・オン
・グラスよりも高濃度で粘度はポリイミド樹脂などの有
機高分子樹脂よりも低いため従来材料に比べて平坦化に
すぐれる。さらに1μm以上の厚膜形成が可能で硬化後
耐熱性耐湿性に優れた絶縁性膜になる。
Function As described above, since the coating agent used in the present invention is a liquid type, it can be formed by a method such as spin coating that does not use a vacuum system. In addition, its concentration is higher than that of conventional spin-on glass, and its viscosity is lower than that of organic polymer resins such as polyimide resin, so it is superior in flattening compared to conventional materials. Furthermore, it is possible to form a thick film of 1 μm or more, and after curing, it becomes an insulating film with excellent heat resistance and moisture resistance.

また本発明に使用するコーティング剤はN2中もしくは
空気中で80 ’C〜300℃の低温で硬化し処理時間
も数十分と短時間で硬化させることができる。そのため
配線金属層のストレスマイグレーションの防止にも効果
がある。そのほかエツチング工程に51o2膜と同様の
方法が用いれるため従来の装置の流用ができエッチバッ
ク法などS五〇2膜との多層構造で用いられる絶縁性膜
ではエッチ6″−ン ング工程が容易になる。
Furthermore, the coating agent used in the present invention can be cured in N2 or air at a low temperature of 80'C to 300C, and can be cured in a short processing time of several tens of minutes. Therefore, it is also effective in preventing stress migration in the wiring metal layer. In addition, since the same method as for the 51o2 film is used in the etching process, conventional equipment can be used, and the etching process for insulating films used in a multilayer structure with the S502 film, such as the etchback method, can be easily performed. Become.

実施例 まず、本発明に用いるコーティング剤について説明する
Examples First, the coating agent used in the present invention will be explained.

本発明に用いるコーティング剤の具体例としては、下記
(、)〜(c)成分を混合してなるコーティング剤を挙
げることができる。
Specific examples of the coating agent used in the present invention include coating agents obtained by mixing the following components (,) to (c).

(、)  一般式5t(OR)4(式中、Rは炭素数1
〜5の炭化水素残基を示す。)で表されるテトラアルコ
キシシラン、該テトラアルコキシシランの加水分解物お
よび該加水分解物の部分重縮合物6〜60重量部、 (b)  一般式Z r (OR’)4 (式中、R′
は炭素数1〜6の炭化水素残基を示す。)で表されるジ
ルコニウムテトラアルコキシド、該ジルコニウムテトラ
アルコキシドの加水分解物および該加水分解物の部分重
縮合物の群から選ばれた少なくとも1種のジルコニウム
化合物3〜30重量部、および <a>  有機溶剤20〜90重量部 7 パ (ただし、(a) + (b) + (a) −100
重量部)。
(,) General formula 5t(OR)4 (wherein, R is 1 carbon number
~5 hydrocarbon residues are shown. ), a hydrolyzate of the tetraalkoxysilane, and 6 to 60 parts by weight of a partial polycondensate of the hydrolyzate, (b) general formula Z r (OR')4 (in the formula, R ′
represents a hydrocarbon residue having 1 to 6 carbon atoms. ) 3 to 30 parts by weight of at least one zirconium compound selected from the group of zirconium tetraalkoxide represented by zirconium tetraalkoxide, a hydrolyzate of the zirconium tetraalkoxide, and a partial polycondensate of the hydrolyzate, and <a> organic Solvent 20-90 parts by weight 7 parts ((a) + (b) + (a) -100
parts by weight).

以下、前記(a)〜(C)成分について説明する。  
′体) シラン化合物 テトラアルコキシシラン; S x (OR) 4は、
水の存在により加水分解し加水分解物となり、また該加
水分解物が重縮合して部分重縮合物を生じ、更に高分子
量化して塗膜となった場合に加熱により硬化するもので
、本発明の組成物中においては(b)ジルコニウム化合
物とともに結合剤としての働きをするものである。
The components (a) to (C) will be explained below.
' compound) Silane compound tetraalkoxysilane; S x (OR) 4 is
In the presence of water, it is hydrolyzed to form a hydrolyzate, and the hydrolyzate is polycondensed to form a partial polycondensate, which further increases in molecular weight and becomes a coating film, which is cured by heating, and the present invention In the composition, it acts as a binder together with the zirconium compound (b).

かかるテトラアルコキシシラン中のRは、例えば炭素数
1〜6のアルキル基であり、例えばメチル基、エチル基
、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、5
ea−ブチル基、tert−ブチル基などである。
R in such tetraalkoxysilane is, for example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, 5
Examples include ea-butyl group and tert-butyl group.

これらのテトラアルコキシシランの具体例としては、例
えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テ
トラ−n−プロポキシシラン、fトラ−i−プロポキシ
シラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−5ea
−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン
などを挙げることができる〇 これらのテトラアルコキシシランは、1種または2種以
上を併用することができる。
Specific examples of these tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, ftra-i-propoxysilane, tetra-n-butoxysilane, and tetra-5ea.
-butoxysilane, tetra-tert-butoxysilane, etc. These tetraalkoxysilanes can be used alone or in combination of two or more.

また、これらのテトラアルコキシシランのうち、特にテ
トラエトキシシランが好ましい。
Furthermore, among these tetraalkoxysilanes, tetraethoxysilane is particularly preferred.

なお、かかるテトラアルコキシシランは、加水分解によ
って部分的にアルコールを遊離し、対応する加水分解物
を生ずるとともに、水の存在下でシラノールの生成によ
るヒドロオキシル置換基の重縮合が行われ、シラノール
の部分重縮合物が生成し、更に重縮合して完全重縮合物
であるシリカ成分が生成する。
In addition, such tetraalkoxysilane partially liberates alcohol by hydrolysis, producing a corresponding hydrolyzate, and polycondensation of the hydroxyl substituent by producing silanol occurs in the presence of water, resulting in the formation of silanol. A partial polycondensate is produced, which is further polycondensed to produce a silica component which is a complete polycondensate.

従って、本発明で使用されるコーティング剤において(
−)シラン化合物とは、前記テトラアルコキシシランの
ほかに、その加水分解物および該加水分解物の部分重縮
合物をも包合するものである。かかる加水分解物および
/または部分重縮合物は、コーティング剤中でテトラア
ルコキシシランより生成したものでもよく、マだコ一テ
ィング剤調整の際に予め加水分解物および/まだは部分
重縮合物、例えばエチルシリケート40(コルコート■
製)を配合してもよい。
Therefore, in the coating agent used in the present invention (
-) The silane compound includes, in addition to the above-mentioned tetraalkoxysilane, a hydrolyzate thereof and a partial polycondensate of the hydrolyzate. Such hydrolyzate and/or partial polycondensate may be produced from tetraalkoxysilane in the coating agent, and the hydrolyzate and/or partial polycondensate, For example, ethyl silicate 40 (Colcoat ■
(manufactured by) may be blended.

かかる(a)シラン化合物のコーティング剤中における
割合は、6〜60重量部、好ましくは20〜40重量部
であり、6重量部未満ではコーティング剤自体の保存安
定性は良好ではあるがコーティングに供すると得られる
塗膜の密着力が弱くなり、また硬度が充分に向上せず、
一方60重量部を越えると相対的にジルコニウム化合物
の割合が少なくなって短時間の間に加水分解が進行せず
造膜性が悪化することになる。
The proportion of the silane compound (a) in the coating agent is 6 to 60 parts by weight, preferably 20 to 40 parts by weight; if it is less than 6 parts by weight, the storage stability of the coating agent itself is good, but it cannot be used for coating. As a result, the adhesion of the resulting coating film becomes weaker, and the hardness does not improve sufficiently.
On the other hand, if it exceeds 60 parts by weight, the proportion of the zirconium compound becomes relatively small, and hydrolysis does not proceed in a short period of time, resulting in poor film-forming properties.

(b)  ジルコニウム化合物 ジルコニウムテトラアルコキシド; Z r (OR’
 )4は、水の存在により加水分解し加水分解物(ジル
コニウムテトラヒドロキシド)となり、また該加水分解
物が重縮合して部分重縮合物を生じ、更に高分子量化し
て塗膜となった場合に加熱により硬化するものである。
(b) Zirconium compound zirconium tetraalkoxide; Z r (OR'
) 4 is hydrolyzed in the presence of water to form a hydrolyzate (zirconium tetrahydroxide), and this hydrolyzate is polycondensed to produce a partial polycondensate, which further increases in molecular weight to form a coating film. It hardens by heating.

かかるジルコニウムテトラアルコキシド中の10′−ジ R′は例えば炭素数1〜5のプルキル基であり、例えば
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基
、n−ブチル基、5ea−ブチル基、tert−ブチル
基などである。
10'-diR' in such zirconium tetraalkoxide is, for example, a purkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, 5ea-butyl group, etc. group, tert-butyl group, etc.

これらのジルコニウムテトラアルコキシドの具体例とし
ては、例えばジルコニウムテトラトキシド、ジルコニウ
ムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド
、ジルコニウムテトラ−1−プロポキシド、ジルコニウ
ムテトラ−n−ブトキシド、ジルコニウムテトラ−8&
)−ブトキシド、ジルコニウムテトラ−tert−ブト
キシドなどを挙げることができる。
Specific examples of these zirconium tetraalkoxides include zirconium tetratoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetrapropoxide, zirconium tetra-1-propoxide, zirconium tetra-n-butoxide, zirconium tetra-8&
)-butoxide, zirconium tetra-tert-butoxide, and the like.

これらのジルコニウムテトラアルコキシドは、1種また
は2種以上を併用することができる。
These zirconium tetraalkoxides can be used alone or in combination of two or more.

また、これらのジルコニウムテトラアルコキシドのうち
、特にジルコニウムテトラ−n−ブトキシドが好ましい
Among these zirconium tetraalkoxides, zirconium tetra-n-butoxide is particularly preferred.

なお、かかるジルコニウムテトラアルコキシドは、急速
に加水分解することによってアルコールを遊離し、対応
するジルコニウムヒドロキ11 パ ・ シトを生ずるとともに、該ヒドロキシドの生成によるヒ
ドロオキシル置換基の重縮合が行われ、該ヒドロキシド
の部分重縮合物が生成し、更に重縮合して完全給金物で
あるジルコニア成分が生成する。
In addition, such zirconium tetraalkoxide liberates alcohol by rapidly hydrolyzing, producing the corresponding zirconium hydroxyl-11-pa-site, and polycondensation of the hydroxyl substituent occurs due to the formation of the hydroxide. A partial polycondensate of hydroxide is produced, which is further polycondensed to produce a zirconia component, which is a fully fed material.

従って、本発明で使用されるコーティング剤において、
(b)ジルコニウム化合物とは、前記ジルコニウムテト
ラアルコキシドのほかに、その加水分解物および該加水
分解物の部分重縮合物をも包含するものである。かかる
加水分解物および/または部分重縮合物は、コーティン
グ剤中でジルコニウムテトラアルコキシドより生成した
ものでもよく、またコーティング剤調製の際に予め配合
したものでもよい。
Therefore, in the coating agent used in the present invention,
(b) The zirconium compound includes not only the above-mentioned zirconium tetraalkoxide but also its hydrolyzate and partial polycondensate of the hydrolyzate. Such hydrolyzate and/or partial polycondensate may be produced from zirconium tetraalkoxide in the coating agent, or may be blended in advance during preparation of the coating agent.

かかる(b)ジルコニウム化合物のコーティング剤中の
割合は、3〜30重量部、好ましくは8〜20重量部で
あり、3重量部未満では相対的に申)ジルコニウム化合
物の割合が少なく短時間に加水分解が進行しないため造
膜性が悪く、一方30重量部を越えると(b)ジルコニ
ウム化合物の割合が多すぎて得られるコーティング剤の
保存安定性が悪化し、また加水分解が早すぎて造膜性が
悪くなり、いずれも好ましくない。
The proportion of the zirconium compound (b) in the coating agent is 3 to 30 parts by weight, preferably 8 to 20 parts by weight; less than 3 parts by weight is relatively small. Decomposition does not proceed, resulting in poor film-forming properties.On the other hand, if the amount exceeds 30 parts by weight, the storage stability of the resulting coating agent deteriorates due to the proportion of (b) zirconium compound being too high, and hydrolysis is too rapid, resulting in poor film-forming properties. Both of these are not desirable.

(c)有機溶剤 有機溶剤は、前記(、)シラン化合物および(b)ジル
コニウム化合物の濃度調整剤であり、更にこれら(a)
、(b)成分の加水分解を調整するだめのものである。
(c) Organic solvent The organic solvent is a concentration adjusting agent for the above-mentioned (a) silane compound and (b) zirconium compound, and further includes these (a)
, (b) is for controlling the hydrolysis of component.

かかる有機溶剤としては、例えばアルコール類、グリコ
ール誘導体、あるいは沸点が120’C以下の低沸点有
機溶剤が好適である。
Suitable examples of such organic solvents include alcohols, glycol derivatives, and low-boiling organic solvents having a boiling point of 120'C or less.

このうち、前記アルコール類あるいはグリコール誘導体
としては、1価アルコールまだは2価アルコールである
エチレングリコールもしくはこの誘導体を挙げることが
でき、このうち1価アルコールとしては炭素数1〜8の
脂肪族アルコールが好ましく、具体的にはメタノール、
エタノール、n−プロピルアルコール、i−プロピルア
ルコール、n−ブチルアルコール、sea −ブチルア
ルコール、 tart−ブチルアルコ13”−’− 一層、n−ペンデルアルコール、n−ヘキシルアルコー
ル、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−n−
ペンタノールなどを挙げることができ、またエチレング
リコールもしくはこの誘導体としてはエチレングリコー
ル、エチレングリコールモツプチルエーテル、酢酸エチ
レングリコールモノエチルエーテルなどヲ挙ケルことが
できる。これらのアルコール類およびグリコール誘導体
は、好ましくはi−プロピルアルコール、s凹−ブチル
アルコール、n−プロピルアルコール、n−ブチルアル
コール、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、
エチレンクリコールモツプチルエーテルでアル。
Among these, examples of the alcohols or glycol derivatives include ethylene glycol, which is a monohydric alcohol but also a dihydric alcohol, and its derivatives. Among these, monohydric alcohols include aliphatic alcohols having 1 to 8 carbon atoms. Preferably, specifically methanol,
Ethanol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, n-butyl alcohol, sea-butyl alcohol, tart-butyl alcohol, n-pendel alcohol, n-hexyl alcohol, 4-methyl-2-pentanol , 4-methyl-n-
Pentanol and the like can be mentioned, and examples of ethylene glycol or its derivatives include ethylene glycol, ethylene glycol mobutyl ether, and acetic acid ethylene glycol monoethyl ether. These alcohols and glycol derivatives are preferably i-propyl alcohol, s-butyl alcohol, n-propyl alcohol, n-butyl alcohol, acetic acid ethylene glycol monoethyl ether,
Al with ethylene glycol motubutyl ether.

また、沸点が120℃以下の低沸点有機溶剤としては、
例えばトルエン、ベンゼン、アセトン、メチルエチルケ
トン、シクロヘキサン、テトラヒドロフランなどを挙げ
ることができる。
In addition, as a low boiling point organic solvent with a boiling point of 120°C or less,
Examples include toluene, benzene, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexane, and tetrahydrofuran.

これらの有機溶媒は、1種でもまた2種以上を併用する
こともできる。
These organic solvents can be used alone or in combination of two or more.

本発明で使用されるコーティング剤中、(C)有14″
−ノ 機溶剤の割合は、20〜90重量部、好ましくは40〜
75重量部であり、20重量部未満ではコーティング剤
の粘度が上昇しすぎたり、保存安定性が悪化し、一方9
0重量部を越えるとコーティング剤自体の保存安定性は
良好化するがコーティング剤中の固形分が少なくなり得
られる塗膜の厚膜化を達成することができず、また加水
分解速度が低下して短時間での硬化が不充分となる。
In the coating agent used in the present invention, (C)
- The proportion of the organic solvent is from 20 to 90 parts by weight, preferably from 40 to 90 parts by weight.
If it is less than 20 parts by weight, the viscosity of the coating agent will increase too much or the storage stability will deteriorate;
If it exceeds 0 parts by weight, the storage stability of the coating agent itself will improve, but the solid content in the coating agent will decrease, making it impossible to achieve a thick coating film, and the rate of hydrolysis will decrease. This results in insufficient curing in a short period of time.

本発明に使用するコーティング剤は、耐熱性、熱伝導性
、電気抵抗などの諸機能を発現させるためにおよびより
一層の厚膜化を発現させるために充填剤を配合すること
ができる。
The coating agent used in the present invention may contain a filler in order to exhibit various functions such as heat resistance, thermal conductivity, and electrical resistance, and to exhibit further thickening.

かかる充填剤としては、例えば粒子状、繊維状または羽
毛状の金属の酸化物、もしくは窒化物などの無機顔料、
更にM(OR2)n(Mは珪素、ジルコニウム以外の金
属原子 R2はアルキル基、nは整数を示す)で表され
る金属アルコキシドの加水分解物などであり、具体的に
は窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化チタン(T10
2 )、16  = 酸化アルミニウム(At203)、酸化クロム(Cr2
o3)、シリマイト(At203・5iO2)、合成ム
ライト(3A1203・2 S 102 )、雲母、チ
タン酸カリウム、酸化珪素、炭化珪素、窒化珪素、硅酸
ジルコニア、酸化銅などを挙げることができるが、これ
らに限定されるものではない・なお、これらの充填剤の
平均長径は、0.01〜100μm1好ましくは0.0
2〜10μm程度である。
Such fillers include, for example, inorganic pigments such as particulate, fibrous or feathered metal oxides or nitrides;
Furthermore, there are hydrolysates of metal alkoxides represented by M(OR2)n (M is a metal atom other than silicon or zirconium, R2 is an alkyl group, and n is an integer), and specifically, boron nitride, aluminum nitride, etc. , titanium oxide (T10
2), 16 = aluminum oxide (At203), chromium oxide (Cr2
o3), sillimite (At203.5iO2), synthetic mullite (3A1203.2 S102), mica, potassium titanate, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, zirconia silicate, copper oxide, etc. However, the average major axis of these fillers is 0.01 to 100 μm, preferably 0.0 μm.
It is about 2 to 10 μm.

なお、これらの充填剤のうち、その平均長径を0.02
μm以下にすると透明になるものもある。
In addition, among these fillers, the average major axis is 0.02
Some become transparent when the thickness is less than μm.

例えば、酸化伴奏、酸化アルミニウムなどである。For example, oxidation accompaniment, aluminum oxide, etc.

かかる充填剤の中の割合は、好ましくは60重量部以下
、特に好ましくは50重量部以下である。
The proportion among such fillers is preferably up to 60 parts by weight, particularly preferably up to 50 parts by weight.

本発明に用いるコーティング剤は、単に(、)〜(C)
成分および必要に応じて使用する充填剤を混合すること
により調整することができ、この場合に(c)を還流さ
せることによ)熟成させてもよい。
The coating agent used in the present invention is simply (,) to (C)
It can be prepared by mixing the components and the filler used if necessary, and in this case (c) may be aged (by refluxing).

以上のように本発明に使用するコーティング剤は液状タ
イプであることから回転塗布などの真空系を用いない方
法で形成できる。またその濃度も従来のスピン・オン・
グラスよりも高濃度で粘度はポリイミド樹脂などの有機
高分子樹脂よりも低いため従来材料に比べて平坦化にす
ぐれる。さらに1μm以上の厚膜形成が可能で硬化後は
S 102膜となるため耐熱性耐湿性に優れた絶縁性膜
になる。
As described above, since the coating agent used in the present invention is a liquid type, it can be formed by a method that does not use a vacuum system, such as spin coating. Also, its concentration is lower than that of conventional spin-on.
It has a higher concentration than glass and a lower viscosity than organic polymer resins such as polyimide resin, so it is better at flattening than conventional materials. Furthermore, it is possible to form a thick film of 1 μm or more, and after curing becomes an S102 film, it becomes an insulating film with excellent heat resistance and moisture resistance.

また本発明に使用するコーティング剤はN2中もしくは
空気中で80℃−3oo℃の低温で硬化し処理時間も数
十分と短時間で硬化させることができる。そのため配線
金属層のストレスマイグレーションの防止にも効果があ
る。そのほかエツチング工程としてはS z O21膜
の場合よシ若干のPIEpower  増加が必要なも
ののS iO2膜と同様の方法がもちいれるため従来装
置の流用ができエッチバック法など8102膜との多層
構造でもちいられ17 パ ・ る絶縁性膜ではエツチング工程が容易になる。
Furthermore, the coating agent used in the present invention can be cured in N2 or air at a low temperature of 80° C. to 300° C., and can be cured in a short processing time of several tens of minutes. Therefore, it is also effective in preventing stress migration in the wiring metal layer. In addition, although the etching process requires a slight increase in PIEpower compared to the SzO21 film, the same method as for the SiO2 film can be used, so conventional equipment can be used, and a multilayer structure with the 8102 film, such as the etchback method, can be used. The etching process becomes easier for the insulating film that has 17 layers.

(実施例1) 本発明を用いた多層配線構造体について第1図を用いて
説明する。
(Example 1) A multilayer wiring structure using the present invention will be described with reference to FIG.

1は半導体基板で半導体集積回路が作りこまれている。1 is a semiconductor substrate on which a semiconductor integrated circuit is built.

At等の下層配線2が形成されている半導体基板1上に
、テトラエトキシシラン30重量部、ジルコニウムテト
ラ−n−ブトキシド10重量部およびイソプロピルアル
コール60重量部を混合して得られたコーティング剤を
スピンナーを用いて所望の膜厚になる回転数で塗布し空
気中もしくは窒素中、望ましくは減圧下で80 ’CX
 30分+150℃X30分熱処理し膜を硬化させる。
A coating agent obtained by mixing 30 parts by weight of tetraethoxysilane, 10 parts by weight of zirconium tetra-n-butoxide, and 60 parts by weight of isopropyl alcohol is applied onto a semiconductor substrate 1 on which a lower layer wiring 2 such as At is formed using a spinner. Coat at a rotation speed to achieve the desired film thickness using a
Heat treatment is performed for 30 minutes at 150°C for 30 minutes to harden the film.

前記硬化膜3上にレジスト膜を形成し通常のホトリソ工
程を用いてレジストパターン4を形成する(第1図A)
。レジストパターン4をマスクトシて硬化膜3を02F
6ガスを用いたRIEでエツチングし上下配線部接続孔
(スルーホール)7を形成する(第1図B)。レジスト
パターン4を02プラズマエツチングもしくは発煙硝酸
などで除去186−ジ した後上層配線となる金属層を全面蒸着しレジストパタ
ーンを用いてドライエツチングして上層配線5を形成す
る(第1図C)。
A resist film is formed on the cured film 3, and a resist pattern 4 is formed using a normal photolithography process (FIG. 1A).
. Mask the resist pattern 4 and apply the cured film 3 to 02F.
Etching is performed by RIE using 6 gas to form upper and lower wiring connection holes (through holes) 7 (FIG. 1B). After the resist pattern 4 is removed by 02 plasma etching or fuming nitric acid or the like, a metal layer which will become the upper layer wiring is deposited on the entire surface and dry etched using the resist pattern to form the upper layer wiring 5 (FIG. 1C).

本発明に用いるコーティング剤の硬化膜は、耐薬品性に
優れ、有機絶縁膜材料の欠点であった02フリズマエツ
チングや発煙硝酸での膜荒れがない。また、熱減量開始
温度が80o℃と高いためAlシンター用の熱処理にお
いても安定でクラックの発生がない。捷た膜形成後の基
板表面は段差が緩和され平坦化に優れるため、第1図q
に示すごとく基板段差による上層配線の断線やカバレー
ジ不良による上下配線の短絡などは発生しない。
The cured film of the coating agent used in the present invention has excellent chemical resistance and is free from 02 frisma etching and film roughening caused by fuming nitric acid, which are disadvantages of organic insulating film materials. Furthermore, since the thermal loss starting temperature is as high as 80° C., it is stable even in heat treatment for Al sintering, and no cracks occur. The surface of the substrate after forming the thinned film has less steps and is excellent in flattening, as shown in Figure 1q.
As shown in Figure 2, there are no disconnections in the upper layer wiring due to the board level difference, or short circuits between the upper and lower wiring due to poor coverage.

上記方法は2層配線に限定されるものではなく3層以上
の多層配線にも応用できる。
The above method is not limited to two-layer wiring, but can also be applied to multi-layer wiring of three or more layers.

(実施例2) 本発明を用いたエッチバック法について第2図を用いて
説明する。所定の素子および下層配線2を形成した半導
体基板1上にCVD法などの気相成長法を用いてS 1
02膜6を1〜2μm形成しく第2図A)、前記S i
O2膜上に実施例1と同様19”゛ のコーティング剤を塗布して熱処理によシ硬化させ表面
を平坦化させる(第2図B)。S i02膜6と硬化膜
3の2層絶縁性膜を等方性エツチングを用いて所望の厚
さになるまでエツチングし表面を平坦化する(第2図C
)。絶縁性膜上に従来法では平坦化膜にレジスト膜等の
有機高分子を用いるためOプラズマエツチングの後S 
iO2膜とレジスト膜のエツチング速度が等しくなる条
件でエツチングしなければならずエツチング終点の確認
やエツチング条件の設定等に問題があったが、本発明を
用いた方法では通常の8102膜のドライエツチング条
件で一括してエツチングできるため工程が簡単で再現性
が向上する。
(Example 2) An etch-back method using the present invention will be explained using FIG. 2. S1 is grown on the semiconductor substrate 1 on which predetermined elements and lower layer wiring 2 are formed using a vapor phase growth method such as a CVD method.
02 film 6 with a thickness of 1 to 2 μm (FIG. 2A), the Si
A 19" coating agent is applied on the O2 film in the same manner as in Example 1 and hardened by heat treatment to flatten the surface (Fig. 2B). Two-layer insulation of SiO2 film 6 and cured film 3 The film is etched using isotropic etching until the desired thickness is reached and the surface is flattened (see Figure 2C).
). In the conventional method, an organic polymer such as a resist film is used as a flattening film on an insulating film, so after O plasma etching, S
Etching had to be performed under conditions where the etching speed of the iO2 film and the resist film were equal, which caused problems in confirming the etching end point and setting etching conditions. Etching can be performed all at once under different conditions, simplifying the process and improving reproducibility.

また類似の用途としては微細パターン上に形成した気相
成長法による8 102膜のカバレージ不良部の埋めこ
みがある。微細パターン上にCVD法などでS iO2
膜を形成したとき第3図に示すような凹部に空間10が
生ずる。そのため洗浄やウェトエノチングの際空間部に
溶液が残存しやすく不良発生の原因となる。そこで気相
成長法で形成した絶縁性膜上に本発明を用いて絶縁性膜
を形成し四部の空間を埋める。本発明に使用するコーテ
ィング剤は液状タイプのため凹部に厚く凸部に薄く形成
され凸部上の膜厚に殆ど変化なく四部の空間を埋めるこ
とができる。
A similar application is to fill in poor coverage areas of an 8102 film formed on a fine pattern by vapor phase growth. SiO2 is deposited on the fine pattern using CVD method etc.
When the film is formed, a space 10 is created in the recess as shown in FIG. Therefore, during cleaning or wet etching, the solution tends to remain in the space, causing defects. Therefore, an insulating film is formed using the present invention on the insulating film formed by the vapor phase growth method to fill the spaces in the four parts. Since the coating agent used in the present invention is a liquid type, it is formed thicker on the recesses and thinner on the protrusions, and can fill the four spaces with almost no change in the film thickness on the protrusions.

発明の効果 以上のように本発明に使用するコーティング剤は液状タ
イプであることから回転塗布などの真空系を用いない方
法で形成できる。またその濃度も従来のスピン・オン・
グラスよりも高濃度で粘度はポリイミド樹脂などの有機
高分子樹脂よりも低いため従来材料に比べて平坦化にす
ぐれる。さらに1μm以上の厚膜形成が可能で硬化後は
耐熱性耐湿性に優れた絶縁性膜になる。
Effects of the Invention As described above, since the coating agent used in the present invention is a liquid type, it can be formed by a method that does not use a vacuum system, such as spin coating. Also, its concentration is lower than that of conventional spin-on.
It has a higher concentration than glass and a lower viscosity than organic polymer resins such as polyimide resin, so it is better at flattening than conventional materials. Furthermore, it is possible to form a thick film of 1 μm or more, and after curing, it becomes an insulating film with excellent heat resistance and moisture resistance.

また本発明に使用するコーティング剤はN2中もしくは
空気中で80℃〜300℃の低温で硬化し処理時間も数
十分と短時間で硬化させることができる。そのため配線
金属層のストレスマイフレ21  パ−’ジ 従来の装置の流用ができエソチノ(ツク法などS iO
2膜との多層構造で用いられる絶縁性膜ではエツチング
工程が容易になる。
Further, the coating agent used in the present invention can be cured in N2 or air at a low temperature of 80 DEG C. to 300 DEG C., and can be cured in a short processing time of several tens of minutes. Therefore, it is possible to use the conventional equipment for stress reduction 21 purging of the wiring metal layer.
Insulating films used in a multilayer structure with two films facilitate the etching process.

以上本発明により平坦で信頼性の高い絶縁性膜を安易な
方法で形成することができ、高密度な半導体装置の製造
に大きく寄与するものである。
As described above, according to the present invention, a flat and highly reliable insulating film can be formed by a simple method, which greatly contributes to the production of high-density semiconductor devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図は本発明の実施例のプロセス工程の断面
図、第3図は気相成長S iO2膜形成後の半導体基板
の断面図、第4図は従来方法による多層配線の形成方法
の工程断面図である。 1・・・・・・半導体基板、2・・・・・・下層配線、
3・・・・・・本発明のコーティング剤、4・・・・・
・レジストマスク、6・・・・・・上層配線、7・・・
・・・スルーホール。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 tlLz図 第3図
Figures 1 and 2 are cross-sectional views of the process steps of an embodiment of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate after the formation of a vapor phase grown SiO2 film, and Figure 4 is the formation of multilayer wiring by a conventional method. It is a process cross-sectional view of a method. 1... Semiconductor substrate, 2... Lower layer wiring,
3...Coating agent of the present invention, 4...
・Resist mask, 6... Upper layer wiring, 7...
...Through hole. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure tlLzFigure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 所定の素子及び配線を形成した半導体基板上に、一般式
Si(OR′)_4(式中、Rは炭素数1−5の炭化水
素残基を示す)で表されるテトラアルコキシシラン、該
テトラアルコキシシランの加水分解物および該加水分解
物の部分重縮合物の群から選ばれた少なくとも一種のシ
ラン化合物と、一般式Zr(OR′)_4(式中、Rは
炭素数1−5の炭化水素残基を示す)であらわされるジ
ルコニウムテトラアルコキシド、該ジルコニウムテトラ
アルコキシドの加水分解物および該加水分解物の部分重
縮合物の群から選ばれた少なくとも一種のジルコニウム
化合物とを混合してなるコーティング剤を塗布する工程
、熱処理により前記コーティング剤を硬化させて硬化膜
を形成する工程、前記硬化膜上にレジストマスクを形成
し前記硬化膜をエッチングする工程、前記レジストマス
クを除去する工程を含むことを特徴とする半導体基板上
への絶縁性膜の形成方法。
A tetraalkoxysilane represented by the general formula Si(OR')_4 (in the formula, R represents a hydrocarbon residue having 1 to 5 carbon atoms) and the tetraalkoxysilane on which predetermined elements and wiring have been formed are At least one silane compound selected from the group of hydrolysates of alkoxysilanes and partial polycondensates of the hydrolysates; A coating agent prepared by mixing at least one zirconium compound selected from the group of zirconium tetraalkoxide represented by (representing a hydrogen residue), a hydrolyzate of the zirconium tetraalkoxide, and a partial polycondensate of the hydrolyzate. , a step of curing the coating agent by heat treatment to form a cured film, a step of forming a resist mask on the cured film and etching the cured film, and a step of removing the resist mask. Features: A method for forming an insulating film on a semiconductor substrate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02106948A (en) * 1988-10-17 1990-04-19 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02106948A (en) * 1988-10-17 1990-04-19 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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